從Java到Maker

前些日子，我特意重構了一個十年多前寫的小程式，為的是看看這十幾年來在程式編寫的想法上，會有什麼變化，其中部份感想發表在〈程式碼的美與醜〉之中；我將成果放上了GitHub，並解釋著「程式實際的使用者是我當時女友、現在的老婆，她對影像處理不熟，用不了PhotoShop之類軟體提供的複雜功能，只是想要抓圖、裁剪、旋轉、鏡像、放大縮小等簡單功能」，有個網友馬上抓住了重點而留言寫道「我們把妹(誤……我是說幫助人……)的時候，頂多是找個軟體給她用，沒想到竟然會有直接寫個軟體給她用的男人」。

老實說！雖然這留言感覺是個笑話，不過我滿欣賞這個回應的，因為他確實抓住了我另一個重點，而這個重點，我也經常會在教育訓練或演講時提到：「你會為老師寫程式，為老闆寫程式，為客戶寫程式，那麼，你有沒有為自己寫過程式？為家人寫過程式？為身邊的人寫過程式？」

在用Java為身邊的人寫程式這方面，令我最印象深刻的是iHelp這個App，它的開發者出生於一個無聲家庭，大二時便將所學Android App發揮在自己家庭身上，讓聾啞人士能像常人一樣可以打110、119報案。當然，這只是個例子，你可以用任何本身熟悉的語言來做類似的事情，就這些日子接觸Maker文化以來，這樣的行為就是Maker精神的實現，而不是一定得拿起鋸子、插插控制版、銲接電路、用上個3D印表機，才能叫做Maker。

近來我也會在談及「為身邊的人寫過程式？」之後，再加上一句「為社會寫過程式？」隨著全球政府都在瘋Open Data，臺灣政府於這一、兩年也逐步跟上了Open Data的行列，如果想使用Java或其他語言生態系方面的技能，來為社會寫些程式，這也會是個可行的方向。

想要在這方面有個起頭不難，只要輸入「Open Data」在網路上搜尋，就會有相關的資料或組織，可以做為認識與加入的起點。

Java與Raspberry Pi

如果覺得不拿個電路板晃一晃，就不像個Maker，或者想要進一步將Java程式設計方面的能力，延伸至實體的世界，那麼Raspberry Pi結合Java是個不錯的起點，在Raspberry Pi建議安裝的Raspbian作業系統之中，就已經預先安裝好ARM Linux版本的JDK8，對於其他作業系統，Oracle的Java下載頁面也提供有ARM平臺的JDK8，Raspberry Pi本身可視為便宜的電腦來使用，可以在上頭撰寫Java程式，或者安裝任何基於Java而開發的應用程式，以解決身邊的需求。

若想進一步擴充Raspberry Pi的能力，可以啟用它的GPIO（General-Purpose Input/Output）腳位控制能力，這些腳位可用來銜接市面上許多感應器、電路模組等硬體，在使用程式控制GPIO腳位方面，Raspberry Pi有個常見的GPIO程式庫WiringPi，此程式庫本身是由C語言撰寫，只要透過Pi4J提供的JNI程式庫，就可以使用Java撰寫程式來控制GPIO腳位。

Java支援嵌入式系統的開發，對於Raspberry Pi這類不需要太複雜的低階硬體設備，在不需要完整的JDK功能的情況下，可以採用Java Embedded來作為執行平臺，對於基於ARM的Raspberry Pi，Java SE Embedded 6、7分別提供了是否支援硬體浮點運算（Hard Float Point）、軟體浮點運算（Soft Float Point），以及提供圖形操作介面（Headful）與不提供圖型操作介面（Headless）的版本。

由於嵌入式應用程式的多樣性，Java SE Embedded 8開始有了更有彈性的Compact Profiles架構來應對，開發者可根據嵌入式系統應用程式的需求，建立適合的Compact Profile執行環境，用以大幅減少執行環境的大小，預設的Compact有三個（compact1、compact2與compact3），可使用jrecreate指令來建立，建立時亦可以指定JVM模式，除了可指定傳統的client、server之外，還有選項minimal可建立使用最少資源的JVM。

JDK8本身也提供jdeps指令，用以檢測編譯好的Java程式或採用的程式庫，是否符合某個Compact profile執行環境。若想用Java來撰寫應用程式控制Raspberry Pi，在IDE的支援上可以使用NetBeans，它可以建立Remote Java Standard Edition作為專案執行平臺，基於此平臺的專案，可以透過SSH將專案送進Raspberry Pi執行，而後將執行結果傳回IDE。

Java與leJOS

如果只是純粹想從「玩」來進入Maker領域，那麼作個機器人並寫程式來控制，會是個不錯的出發點，Java與Raspberry Pi的結合做得到這點，不過，機器人本體的架構必須得自己動手，若對切、削各種材質來組裝機器人架構這方面，沒有信心或感到麻煩，改為使用積木來建立機器人的架構，相對會比較容易些，實際上我最初開始接觸Maker文化，也是從玩弄積木機器人開始。

不過，積木機器人可不見得只能做做玩具，也可以是實際用來解決身邊的問題，一個著名的例子是個12歲的小孩Shubham Banerjee，用LEGO EV3做了個盲人點字列印機Braille Printer，其成本相當於350美元，相對於市面上普遍要價2,000美元以上的點字列印機，Shubham Banerjee的發明解決了個實際問題，因此還吸引了Intel的注意，獲得了Intel Capital的資助，更名列美國白宮Maker Faire發明名單。

LEGO機器人本身雖然是使用圖形化程式語言，不過，也可以使用Java語言來撰寫程式控制機器人，這個方式的歷史算是悠久，起源於第一代RCX主機開始，一群開發者於1999年提出TinyVM計畫，並於2000年重新打造為leJOS（Java for LEGO Mindstorms），後續的NXT與EV3主機，也都可基於leJOS撰寫Java來控制機器人，Oracle也為leJOS建立特定版本的Java SE Embedded（http://goo.gl/KUN4z1），目前有Java SE Embedded 7與8版本。

在IDE的支援上，可以使用Eclipse並配合leJOS plugin來進行開發，一樣地，這會透過SSH將程式送進leJOS中執行。當然，更重要的是有沒有詳細的文件，來介紹如何在leJOS上使用Java進行開發，就這點來說，leJOS官方網站本身就提供資訊豐富的Wiki或Tutorial，論壇也有相當的活躍度（http://goo.gl/auxGog），相關書籍也不少，leJOS主要開發者Brian Bagnall本身也分別為RCX、NXT與EV3出版過書籍，介紹如何使用Java來控制，leJOS官方Blog（https://goo.gl/3IUsmt）上也有不少文件可參考。

從既有能力出發解決問題

雖然標題是〈從Java到Maker〉，不過老實說，我的過程實際上卻是「從Maker回到Java」，在這段接觸Maker文化與工具的日子裏，摸索的東西經常都與Java掛不上邊，從身邊朋友們的反應來看，我玩的東西感覺就像是兩個世界的事，雖然多元探索本身很有趣，不過，我也開始會問自己，這些東西有沒有辦法與既有的能力相結合？特別是與既有的Java能力基礎結合？

實際上，找到的答案也不僅止於Android、Raspberry Pi或leJOS等的應用，即使是Arduino上，也是有些相對可行的方案，當然我相信，將標題中的Java，換成Python、JavaScript等其他程式語言，也許都能找到適當方式，例如，Raspberry Pi上其實真正推薦的入門語言是Python，JavaScript也有Tessel控制板，可基於Node.js來進行開發。

無論你是基於以上這類建議作為起點，或者是如我繞了一圈重新尋找這些方式，都可以在探索Maker領域的同時，持續強化與擴展既有的技能，那麼，該如何用這些技能做有用的事呢？為社會解決問題太遙遠的話，那麼就試著先為身邊的人或家人解決問題，或者，先至少為自己解決些問題，別擔心你目前的能力不足，你學到的東西都是有用的，重點在於開始實際地應用所學，也才能實際獲得必要的知識，而這會是Maker真正的出發點！